技术领域
[0001] 本
发明属于力学环境模拟实验平台技术领域，具体涉及一种力学结构碰撞性能模拟实验平台。
背景技术
[0002] 碰撞试验台，是采用计算机控制的碰撞试验设备。用于对各种整机、器件进行碰撞试验，以便考核这些工业产品，特别是电工
电子产品、军用设备，在碰撞环境条件下，性能的适应性及结构的可靠性，保证产品具有高可靠的
质量；也是对新产品进行工艺试验、优化设计不可缺少的手段。主要有控制单元、检测单元、执行单元、
数据采集单元和机械单元。其中，机械单元是整个实验平台的核心组成部分，机械单元主要包括
台面、台体、提升机构和半
正弦波发生器。现有的碰撞台的的台面尺寸仅作到400mm×400mm左右，
波形发生器调整非常困难；台体是直接放置在地面上，需要专用地基，增加了施工难度，而且波形差，高频谐波较多，影响周围环境；现有的碰撞台将缓冲垫作为波形发生装置，试验中缓冲垫需要不停的更换，使得试验操作过程复杂，试验周期长，不能实现波形的线性调整，同时，现有的波形发生装置产生的波形
稳定性较差。
发明内容
[0003] 针对
现有技术中存在的
缺陷，本发明的目的是提供一种力学结构碰撞性能模拟实验平台，解决现有的碰撞台太面尺寸小，碰撞波形差、操作困难的问题。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
[0005] 一种力学结构碰撞性能模拟实验平台，包括台面、台体、波形发生装置、同步
传动系统、
凸轮中心高度调节系统和
隔震平台；
[0006] 所述的台面呈方形，台面两侧设有连接部，所述的连接部通过导向轴安装在台体上；所述的台体包括底座和上
底板，底座置于上底板上方；台面上设有冲头，冲头位于台面中心，冲头的一端面为向外凸的曲面；
[0007] 所述的波形发生器装置包括底座、套筒、
垫块和弹性垫，所述的底座为内设有槽的柱体，所述的套筒套接在底座的内壁上，所述的垫块和弹性垫均套接在套筒的内壁上，所述的垫块的一端与底座连接，所述的垫块的另一端与弹性垫的一端连接，所述的弹性垫的另一端端面为向外凸的曲面，所述的曲面与冲头的曲面连接。
[0008] 所述的同步传动系统包括主
电机、
传动轴、
同步带传动机构和凸轮；同步带传动机构包括一个同步带和两个带轮；台面两侧各安装有一个凸轮，凸轮与同步带传动机构中的一个带轮同轴安装，另一个带轮安装在传动轴上，传动轴与主电机连接；凸轮通过安装在台面的连接部上；
[0009] 所述的凸轮中心高度调节系统包括连接座、第一
支撑板、第二支撑板、导向单元、变速单元、
电动机和位移
传感器；
[0010] 所述的导向单元包括
丝杠、丝母、导向轴和导向套；导向轴的两端分别固定在第一支撑板和第二支撑板上，丝杠的一端固定在第二支撑板上，丝杠的另一端穿过第一支撑板；所述的连接座的一端与凸轮连接，连接座的另一端与丝杠连接；
[0011] 所述的变速单元包括第一
齿轮和第二齿轮；第一齿轮和第二齿轮
啮合，第一齿轮与电动机安装在一起，第二齿轮安装在第一支撑板上方的丝杠上；传感器设于连接座的两端；
[0012] 所述的隔震平台包括下底板、隔震单元、导气管和导向减震装置，所述的隔震平台安装在上底板的下方，所述的隔震单元有多个，所述的导气管将多个隔震单元
串联起来，所述的导向减震装置包括减震器，所述的减震器共有四组，每组均有两个减震器，每组的两个减震器相互平行，所述的四组减震器位于靠近下底板的四
角位置处。
[0013] 本发明还有具有如下区别技术特征：
[0014] 所述的连接座包括U型板和柱体；U型板底部固接在柱体)
侧壁上，U 型板壁上加工有第一通孔，连接座的U型板端通过第一通孔与凸轮同轴安装；柱体上加工有一个第二通孔和二个第三通孔；第三通孔位于第二通孔两侧，第二通孔和第三通孔的轴线与柱体的轴线方向相同；
[0015] 丝母安装在第二通孔中，丝杠螺旋安装在丝母中；导向套安装在第三通孔中，导向轴安装在导向套中。
[0016] 所述的隔震单元包括盖板、第二底板和气囊；所述的盖板中心位置设有
定位块，所述的定位块用于与碰撞台的上底板进行定位；所述的盖板上加工有呈90°的通孔，所述的通孔一端位于与气囊相
接触的盖板端面，所述的通孔的另一端位于盖板的侧面。
[0017] 所述的减震器包括套筒、塞杆和
弹簧，所述的弹簧设于套筒内，所述的塞杆的一端置于套筒内与弹簧连接，所述的弹簧的轴线和塞杆的轴线重合。
[0018] 所述的台面尺寸为0.8m×0.8m～1.2m×1.2m。
[0019] 所述的台面上设有多个定位杆，所述的定位杆呈圆柱状，所述的定位杆的一端螺旋安装在台面上，所述的定位杆的另一端设有凹槽。
[0020] 所述的冲头为圆柱状结构，所述的冲头的一端面为向外凸的曲面；沿冲头轴向加工有多个通孔，所述的通孔呈同心圆分布，所述的同心圆的个数至少为三个，每个同心圆圆周上均布有多个通孔，所述的通孔用于将冲头固定在台面下方。
[0021] 所述的凸轮与台面的连接部之间设有支撑板和滚轮，所述的支撑板安装在台面侧部，所述的滚轮安装在支撑板下方，所述的凸轮安装在滚轮下方。
[0022] 所述的滚轮上方设有润滑装置，该润滑装置中填充有
润滑脂，润滑脂涂抹在滚轮上，滚轮带动润滑脂润滑凸轮。
[0023] 所述的第一齿轮上同轴安装有同步测量装置，该装置码盘、传感器和
支架，所述的传感器安装在支架上，所述的传感器呈U型，所述的码盘的置于U型开口中。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0025] (1)本发明的采用双立柱台面，尺寸大，可作整机试验，提高了波形
精度，台面
加速度均匀度好。
[0026] (2)本发明通过一个传动轴将台面两侧的同步传动系统连接，使得台面两侧的传动保持同步，保证台面上升和跌落的准确性。
[0027] (3)本发明的波形发生装置不需要更换弹性垫，通过调整套筒对弹性垫的夹持面积，进而调整弹性垫的形变量，得到不同的脉冲波形；本装置得到的脉冲波形稳定性好，调节过程简单快捷。
[0028] (4)本发明在台体与地面之间设置了隔震装置，避免了台体与地面直接接触，因此不需专用地基，节约成本；同时优化了碰撞波形，显著减少了高频谐波的产生，使碰撞台的固有
频率在1HZ以下。
[0029] (5)本发明通过设置凸轮中心高度调节装置，当台面两侧的高度不一致时，可以调节凸轮中心的高度，使台面保持在同一
水平面上，满足不同的实验要求；本装置通过传感器控制，高度调节准确性和灵活性好。
[0030] (6)本发明通过码盘与
光电传感器的配合来测定并调整待测构件的转动速度；在双立柱导向的碰撞台中，将码盘与台面两侧的拖动系统同轴安装，测量并调整两个拖动系统的转速使其同步；本发明结构简单，准确度高。
[0031] (7)本发明采用可调中心高度凸
轮作为提升机构，结构简单紧凑，占用空间小，且对碰撞台台面的提升过程稳定。
[0032] (8)本发明的的凸轮润滑装置与凸轮配合，为凸轮提供润滑作用，同时润滑脂在滚轮上形成
薄膜，保证了系统提升动作的平稳。
附图说明
[0033] 图1是本发明的整体结构的主视图。
[0034] 图2是本发明的整体结构的俯视图。
[0035] 图3是本发明的整体结构的侧视图。
[0036] 图4是本发明的台面的结构示意图。
[0037] 图5是本发明的波形发生装置的结构示意图。
[0038] 图6是本发明的同步传动装置的结构示意图。
[0039] 图7是本发明的凸轮中心高度调节装置的结构示意图。
[0040] 图8是本发明的隔震装置的结构示意图。
[0041] 图9是本发明的隔震单元的盖板的俯视图和侧面剖视图。
[0042] 图10是本发明的导向隔震装置的结构示意图。
[0043] 图11是本发明的冲头的结构示意图。
[0044] 图12是本发明的凸轮润滑装置的结构示意图。
[0045] 图13是本发明的同步测量装置的结构示意图。
[0046] 图14是本发明的凸轮的结构示意图。
[0047] 图15是本发明空载下的碰撞波形。
[0048] 图16是本发明在空载和负载情下的碰撞波形。
[0049] 图中各标号表示为：1-台面，2-台体，3-波形发生装置，4-同步传动系统，5-凸轮中心高度调节系统，6-隔震装置，7-冲头，8-润滑装置，10-支撑板，11-滚轮；
[0050] (1-1)-连接部，(1-2)-定位杆；(2-1)-底座，(2-2)-上底板，(2-3) -下底板；
[0051] (3-1)-底座，(3-2)-套筒，(3-3)-垫块，(3-4)-弹性垫；
[0052] (4-1)-主电机，(4-2)-传动轴，(4-3)-同步带传动机构，(4-4) 凸轮；(4-3-1)-同步带，(4-3-2)-带轮；
[0053] (5-1)-连接座，(5-2)-第一支撑板，(5-3)-第二支撑板，(5-6)- 电动机，(5-7)-位移传感器；
[0054] (5-1-1)-U型板，(5-1-2)-柱体，(5-1-3)-第一通孔，(5-1-4)- 第二通孔，(5-1-5)-第三通孔；
[0055] (5-4-1)-丝杠，(5-4-2)-丝母，(5-4-3)-导向轴，(5-4-4)-导向套； (5-5-1)-第一齿轮，(5-5-2)-第二齿轮；
[0056] (6-1)-盖板，(6-2)-底板，(6-3)-气囊，(6-4)-导气管，(6-5) -减震器；(6-1-1)-定位块，(6-1-2)-通孔，(6-5-1)-套筒，(6-5-2)- 塞杆，(6-5-3)-
耳板，(6-5-4)-角
钢；(7-1)-通孔。
[0057] (8-1)-杯体，(8-2)-杯盖，(8-3)-支架；(8-1-1)-
连接杆，(8-3-1) -第一通孔，(8-3-2)-凹槽，(8-3-3)-第二通孔；
[0058] (9-1)-码盘，(9-2)-传感器，(9-3)-支架，(9-4)-
垫片。
[0059] 以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
[0060] 以下给出本发明的具体
实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本
申请技术方案
基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
[0061] 本发明的第一端面(即大端)端面尺寸为0.8～1.2m，台面大，可用于做整机实验，同时，台面两侧的第一通孔中安装双立柱导向，使得试验过程中台面的加速度均匀度好。通过在台面两侧设置导向柱，避免单导向柱支撑大台面产生挠度，使台面处于水平面上，台面材料使用ZL111
铝合金，具有优良的室温力学性能。
[0062] 本发明的波形发生装置通过调整套筒3-2对弹性垫3-4的夹持面积，进而调整弹性垫的形变，套筒对弹性垫的夹持面积越大，弹性垫越硬，冲头作用在弹性垫上之后，弹性垫的型变越小，获得的波形的脉宽越小，加速度峰值越大；随着旋转套筒使套筒向下运动，套筒对弹性垫的夹持面积变小，弹性垫弹力被“释放”，冲头作用在弹性垫上之后，弹性型变大，获得的脉冲的脉宽越大，加速度变小。本发明的弹性垫为
橡胶垫，优选1164橡胶或1142 橡胶，其邵尔硬度分别为67和45，具有较好的耐
腐蚀性、韧性和抗震性，碰撞试验中能获得较好的脉冲波形。
[0063] 本发明的隔震单元的盖板6-1上加工有呈90°的通孔6-1-2，用于调整气囊中的气压；本发明通过导气管6-4通过位于盖板6-1的侧面的通孔6-1-2将多个隔震单元串连在一起，并在其中一种隔震单元中位于盖板1侧面的通孔处设有气压调节
阀，通过调节阀来调整气囊6-3的气压，进而调节气囊的
变形量，使得碰撞台的固有频率在1HZ以下。
[0064] 本发明减震器包括套筒6-5-1、塞杆6-5-2和弹簧，弹簧设于套筒内，塞杆的一端置于套筒内与弹簧连接，弹簧的另一端顶在套筒上，弹簧的轴线和塞杆的轴线重合，减震器的塞杆6-5-2的另一端与上底板2-2连接，减震器的套筒6-5-1与下底板2-3连接，每个减震器与碰撞台底座间的夹角为45°；本发明隔震单元的气囊可吸收台体传递的高频冲击力杂波的同时，提高了试验的精度，又减小了对周围环境的影响，但气囊的弹性会使得整个装置横向摆动，本发明通过在上底板2-2和下底板2-3之间设置减震器，这样在通过弹簧的弹力缓冲从而避免碰撞台体的横向震动。
[0065] 本发明的隔震单元布置在碰撞台的上底座2-2的下方，这样可均匀的承担碰撞台台体传递至地面的冲击力，是本碰撞台的完美的机械
滤波器。
[0066] 本发明的冲头为圆柱状结构，冲头与波形发生装置的弹性垫一端面为向外凸的曲面，同时弹性垫与冲头的接触面也为曲面，这样可保证两者的接触为点接触，减少波形干扰。冲头上加工有多个通孔，优选24个，通孔3呈同心圆分布，第一圆周上的孔与第二圆周上的孔的夹角为30°；第三圆周上的孔与第二圆周上的孔的夹角为15°，且第三圆周上的孔与第一圆周上的孔的夹角也为15°；这样保证了冲头与台面的近似刚性连接，避免了波形的失真。冲头中心与台面底部中心之间、波形发生装置底座与台体底座的中心之间均通过定位销固定。用于保证台面冲头冲击时与波形发生装置的弹性垫准确定位。
[0067] 本发明的凸轮中心高度调节装置与凸轮连接，并通过传感器对轮中心高度进行监测，使台面两侧的凸轮保持在同一水平面上；本发明的同步传动装置通过带轮安装在凸轮上，台面两侧各自分布一个，两个同步传动装置通过一个转动
主轴和一个主动电机带动，同步带保证在凸轮中心提升过程中，同步带可以随着凸轮中心的高低位置变化进行调整。
[0068] 本发明的提升机构选用凸轮，凸轮一部分为等半径的圆弧I，圆弧I对应的圆心角为170°其余部分为非等半径的圆弧II，等半径的圆弧与非等半径圆弧的变换点处于凸轮正下方偏-10°处，这样可防止等半径圆弧I与非等半径圆弧II半径突变处，使得与凸轮连接的构件沿着等半径的圆弧的切线方向飞出。
[0069] 本发明的同步测量装置的码盘9-1外周的齿转动到传感器9-2的U型开口中时，光电
采样传感器被阻断，当码盘外周的
齿槽转动到传感器的U型开口中时，光电采样传感器连通，这样，由于码盘与待测构件同轴安装，通过计算码盘转动一周中光电采样传感器的开断次数，来获得待测物体的转速，通过碰撞台检测单元的传感器控制台体两侧的同步拖动。
[0070] 实施例
[0071] 结合附图，本实施例给出一种力学结构碰撞性能模拟实验平台，包括台面1、台体2、波形发生装置3、同步传动系统4、凸轮中心高度调节系统5 和隔震平台6；
[0072] 台面1呈方形，台面1尺寸为1.2m×1.2m，台面1两侧设有动态传动 1-1，动态传动1-1通过支撑板10安装在台体2上；台体2包括底座2-1、上底板2-2和下底板2-3，底座2-1置于上底板2-2上方，下底板2-3置于上底板2-2下方；台面1下方设有冲头7，冲头7位于台面1中心，冲头7的一端面为向外凸的曲面；沿冲头轴向加工有多个通孔7-1，通孔呈同心圆分布，同心圆的个数为三个，每个同心圆圆周上均布有24个通孔，通孔用于将冲头用高强度镙钉固定在台面下方。
[0073] 波形发生器装置3包括底座3-1、套筒3-2、垫块3-3和弹性垫3-4，底座3-1为内设有槽的柱体，套筒3-2套接在底座3-1的内壁上，垫块3-3和弹性垫3-4均按特定公差动配合套接在套筒3-2的内壁上，垫块3-3在弹性垫与底座之间，弹性垫3-4的另一端端面为向外凸的曲面3-5，曲面3-5与冲头7的曲面凸凸相对安装。
[0074] 同步传动系统4包括主电机4-1、传动轴4-2、同步带传动机构4-3和凸轮4-4；同步带传动机构4-3包括一个主拖动同步带4-3-1和两组带轮4-3-2；台体底座两侧各安装有一个凸轮4-4，两凸轮4-4分别与左右两组同步带传动机构中的一个从动带轮4-3-2同轴安装，另一个主拖动同步带轮4-3-2安装在传动轴4-2上，传动轴4-2与主电机4-1连接；两凸轮4-4同步转动，同步推动分别安装在台面两端的支承板10推动台面平行上升。
[0075] 凸轮中心高度调节系统5包括连接座5-1、第一支撑板5-2、第二支撑板5-3、导向单元、变速单元、电动机5-6和位移传感器5-7；
[0076] 连接座5-1包括U型板5-1-1和柱体5-1-2；U型板5-1-1底部固接在柱体5-1-2侧壁上，U型板5-1-1壁上加工有第一通孔5-1-3，连接座5-1的U 型板端通过第一通孔5-1-3与凸轮4-4同轴安装；柱体5-1-2上加工有一个第二通孔5-1-4和二个第三通孔5-1-5；第三通孔5-1-5位于第二通孔5-1-4 两侧，第二通孔5-1-4和第三通孔5-1-5的轴线与柱体5-1-2的轴线方向相同；
[0077] 导向单元包括丝杠5-4-1、丝母5-4-2、导向轴5-4-3和导向套5-4-4；丝母5-4-2安装在第二通孔5-1-4中，丝杠5-4-1螺旋安装在丝母5-4-2中；导向套5-4-4安装在第三通孔5-1-5中，导向轴5-4-3安装在导向套5-4-4中，导向轴5-4-3的两端分别固定在第一支撑板
5-2和第二支撑板5-3上，丝杠的一端固定在第二支撑板上，丝杠的另一端穿过第一支撑板
5-3；
[0078] 变速单元包括第一齿轮5-5-1和第二齿轮5-5-2；第一齿轮5-5-1和第二齿轮5-5-2啮合，第一齿轮5-5-1与电动机5-6安装在一起，第二齿轮5-5-2 安装在第一支撑板5-3上方的丝杠5-5-1上；传感器5-7设于连接座5-1的两端。
[0079] 隔震平台包括下底板2-3、隔震单元、导气管6-4和导向减震装置，隔震平台安装在上底板2-2的下方，隔震单元有6个；隔震单元包括盖板6-1、第二底板6-2和气囊6-3，盖板6-1中心位置设有定位块6-1-1，用于与碰撞台的上底板2-2进行定位；盖板6-1上加工有呈90°的通孔6-1-2，通孔6-1-2 一端位于与气囊6-3相接触的盖板6-1端面，通孔6-1-2的另一端位于盖板 6-1的侧面；导气管6-4通过位于盖板6-1的侧面的通孔6-1-2将多个隔震单元串连在一起，其中一个隔震单元中位于盖板6-1侧面的通孔6-1-2处设有气压调节阀，通过调节阀来调整气囊6-3的气压，进而调节气囊6-3的变形量；
[0080] 导向减震装置包括减震器6-5，所述的减震器共有四组，每组均有两个减震器，每组的两个减震器相互平行，所述的四组减震器位于靠近下底板 2-3的四角位置处，减震器6-5包括套筒6-5-1、塞杆6-5-2和弹簧，弹簧设于套筒6-5-1内，塞杆6-5-2的一端置于套筒
6-5-1内与弹簧连接，弹簧的轴线和塞杆6-5-2的轴线重合。
[0081] 台面1上设有多个定位杆1-2，定位杆1-2呈圆柱状，定位杆1-2的一端螺旋安装在台面1上，定位杆1-2的另一端设有凹槽1-3；
[0082] 凸轮4-4与台面的连接部1-1之间设有支撑板10和滚轮11，支撑板10 安装在台面1侧部，滚轮11安装在支撑板10下方，凸轮4-4安装在凸轮中心高度调节系统5的末端；
[0083] 滚轮11上方设有润滑装置8，该润滑装置中填充有润滑脂，润滑脂涂靠压力自动涂抹在滚轮11上，滚轮带动润滑脂润滑凸轮3-3；润滑装置12 包括杯体8-1，杯盖8-2和支架8-3；杯体8-1一端连接杯盖8-2，杯盖8-2 可绕杯体8-1转动，杯体8-1的另一端设有连接杆8-
1-1，连接杆8-1-1呈空心状，杯体8-1的内腔与连接杆8-1-1的内腔贯通；支架8-3呈方形块体，支架8-3上加工有第一通孔8-3-1，连接杆8-1-1通过第一通孔8-3-1安装在支架一端；支架8-3的另一端的端面呈凹向支架8-3中心的弧形，沿弧面周向加工有凹槽8-3-2；支架8-3上加工有第二通孔8-3-3，通过第二通孔8-3-3 将该润滑装置安装在支撑板10上。
[0084] 第一齿轮5-5-1上同轴安装有码盘9-1、传感器9-2和支架9-3，传感器 9-2安装在支架9-3上，传感器呈U型，码盘的置于U型开口中，码盘9-1 与第一齿轮之间安装有垫片。
[0085] 本发明的碰撞试验结果如图15所述，碰撞台的碰撞波形，可以看出，获得的碰撞波形处于国家规定的容差带中。
[0086] 在负载为200kg下进行试验，结果如图16所示，图中下部分的波形为负载200kg下的碰撞波形，国家规定负载200kg下的峰值加速度为30g，
脉冲持续时间为4ms，本实验在负载为200kg下获得的波形的你脉冲加速度为 27g，脉冲持续时间为4ms；同时，碰撞台在负载和空载情况下获得的波形均处于国家规定的容差带中。
